Ημερίδα της ΕΥΔΑΠ για την Παγκόσμια Ημέρα Νερού Αθήνα, 22 Μαρτίου 2001 Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων: Η περίπτωση του υδροδοτικού συστήματος της Αθήνας Δημήτρης Κουτσογιάννης Τομέας Υδατικών Πόρων Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Μέρη της παρουσίασης Η έννοια των συστημάτων υποστήριξης αποφάσεων Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων Η περίπτωση του υδροδοτικού συστήματος της Αθήνας Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 2
Σύστημα υποστήριξης αποφάσεων ΣΥΑ Decision support system DSS Γενικός ορισμός (French, 2000) Τι είναι Σύστημα λογισμικού Σύστημα από υπολογιστικά εργαλεία 1ο επίπεδο Δομικός ορισμός Ολοκληρωμένο Διαδραστικό περιβάλλον λειτουργίας Τι κάνει Υποστηρίζει τη διαδικασία λήψης αποφάσεων Πώς Βοηθώντας στην κατανόηση των επιπτώσεων των αποφάσεών Οργάνωση και επεξεργασία πληροφορίας 2ο επίπεδο Ανάλυση συστημάτων Βάσεις δεδομένων Συστήματα γεωγραφικής πληροφορίας Αλγόριθμοι προσομοίωσης Αλγόριθμοι βελτιστοποίησης Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 3 Δραστηριότητες στη λήψη αποφάσεων και υποστήριξη από τα ΣΥΑ Συλλογή δεδομένων ΣΥΑ (?) Αυτοματισμοί μετρήσεων Επεξεργασία δεδομένων ΣΥΑ Διαχείριση πληροφορίας Διατύπωση & αξιολόγηση εναλλακτικών λύσεων ΣΥΑ Μοντέλα Απόφαση Προσιδιάζει στον άνθρωπο Δράση Προσιδιάζει στον άνθρωπο Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 4
Τυπικές εφαρμογές ΣΥΑ στους υδατικούς πόρους Διαχείριση λιμνών και ταμιευτήρων (για την εξυπηρέτηση στόχων υδροδότησης, παραγωγής ενέργειας, ελέγχου ρύπανσης) Έλεγχος πλημμυρών και διαχείριση πλημμυρικού κινδύνου (σε λεκάνες ποταμών αλλά και αστικές λεκάνες) Διαχείριση υδροφορέων και συνδυασμένη χρήση επιφανειακών και υπόγειων νερών Διαχείριση συστημάτων διανομής νερού Έλεγχος ρύπανσης σε λεκάνες απορροής και Δέλτα ποταμών Διαχείριση μη σημειακών πηγών ρύπανσης σε γεωργικές περιοχές Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 5 Παράδειγμα 1: WATERSHEDSS (WATER, Soil, and Hydro- Environmental Decision Support System) Σύστημα για την υποβοήθηση (γενική πληροφόρηση, ειδικές οδηγίες) διαχειριστών λεκανών απορροής και χρήσεων γης σχετικά με τα προβλήματα ποιότητας νερού Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 6
Παράδειγμα 2: ΣΥΑ για τη λειτουργία του Ταμιευτήρα Tsengwen (Taiwan) Απλό εργαλείο βασισμένο σε λογιστικό πακέτο. Πραγματοποιεί τυπικές εργασίες των υδρολογικών δεδομένων και των δεδομένων αποθεμάτων του ταμιευτήρα και παρέχει κανόνες λειτουργίας του ταμιευτήρα σε πραγματικό χρόνο. Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 7 Παράδειγμα 3: CRDSS (Colorado River Decision Support System) Πολυσύνθετη εφαρμογή λογισμικού που ενσωματώνει τεχνολογίες βάσεων δεδομένων, συστημάτων γεωγραφικής πληροφορίας και υδρολογικών μοντέλων, προκειμένου να μελετήσει τις επιπτώσεις εναλλακτικών πολιτικών διαχείρισης Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 8
Το υδροδοτικό σύστημα της Αθήνας Ταμιευτήρας Ευήνου Ταμιευτήρας Μόρνου Π. Β. Κηφισός Λίμνη Υλίκη Π. Εύηνος Π. Μόρνος Κωπαΐδα Π. Ασωπός Ταμιευτήρας Μαραθώνα 0 10 20 30 km Δ. Κιούρκων Δ. Μενιδίου Δ. Ασπροπύργου Δ. Περισσού ΑΘΗΝΑ Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 9 Γενική διάταξη και συνιστώσες του ΣΥΑ για το υδροδοτικό σύστημα της Αθήνας Μετρητικό σύστημα Σύστημα γεωγραφικής πληροφορίας Σύστημα διαχείρισης δεδομένων Σύστημα εκτίμησης-πρόγνωσης Σύστημα προσομοίωσης-βελτιστοποίησης Δεδομένα Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 10
Μετρητικό σύστημα Λεκάνες Υλίκης & Μαραθώνα Σταθμός: Υδρομετρικός Δ. Καρδίτσας Θέση: 800 μ από σήραγγα Καρδίτσας Σταθμός: Μετεωρολογικός Υλίκης Θέση: Νέα αποθήκη αντλιοστασίου Μουρικίου Σταθμός: Σταθμημετρικός Υλίκης Θέση: 800 μέτρα νότια από θέση Γ πλωτών αντλιοστασίων Σταθμός: Μετεωρολογικός Μαραθώνα Θέση: Χώρος γραφείων φράγματος Σταθμός: Υδρομετρικός Χαράδρου Θέση: 500 μ από αντλιοστάσιο Κιούρκων Σταθμός: Σταθμημετρικός Μαραθώνα Θέση: Υδροληψία φράγματος Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 11 Μετρητικό σύστημα Λεκάνες Μόρνου & Ευήνου Σταθμός: Σταθμημετρικός Ευήνου Θέση: Φρέαρ Σταθμός: Υδρομετρικός Μόρνου Θέση: Παλαιά γέφυρα Λευκαδιτίου Σταθμός: Μετεωρολογικός Ευήνου Θέση: Εργοτάξιο φράγματος Σταθμός: Σταθμημετρικός Μόρνου Θέση: Φρέαρ θυροφραγμάτων εκκενωτή φράγματος Σταθμός: Μετεωρολογικός Μόρνου Θέση: Χώρος υδροληψίας φράγματος Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 12
Κατανάλωση Βάση δεδομένων Σύστημα γεωγραφικής πληροφορίας Αυλώνα Μαυροσουβάλα Ταμιευτήρας Ευήνου Π. Εύηνος Εύηνος Ταμιευτήρας Ούγγρα Μόρνου Υλίκη Π. Μόρνος Βασιλικά - Παρόρι < 27.0 1.1 Δίστομο Μουρίκι 0 10 20 30 km Μόρνος Μουρίκι 2.3 18.0 Κρεμμάδα 7.5 Δίστομο Κλειδί 18.0 Μεριστής Μεριστής Κιθαιρώνα Κιθαιρώνα 2.7 Μεριστής Κιθαιρώνα 1.3 3.5 4.2 2.3 Π. Β. Κηφισός Βίλιζα Κρεμμάδα 0.1 4.2 Βίλιζα Δεξαμενή Κακοσάλεσι Δεξαμενή Κακοσάλεσι Μάνδρα Νο 4 Φρέαρ Α Κωπαΐδα Σφενδάλη Λίμνη Υλίκη 1.3 1.3 1.3 5.2 5.2 3.2 3.8 0.3 Νο 4 0.6 Μάνδρα 3.2 10.5 10.5 Μάνδρα Φρέαρ Α 1.3 Σφενδάλη 3.5 Μενίδι 2.9 Κιούρκα 2.1 Π. Ασωπός Κιούρκα 0.8 Δ. Κιούρκων Δ. Μενιδίου Δ. Ασπροπύργου 8.1 Χελιδονού 3.5 Χελιδονού 5.8 1.8 4.0 Γαλάτσι 1.2 Κιούρκα Κατανάλωση ΑΘΗΝΑ 1.2 1.3 10.5 Ούγγρα Υλίκη 1.1 Αυλώνα Βασιλικά - Παρόρι 7.5 1.3 3.5 Μαυροσουβάλα 2.7 0.1 1.3 1.3 1.3 3.2 5.2 5.2 0.6 3.2 3.8 0.3 4.2 Κλειδί 2.3 Εύηνος < 27.0 3.5 Μαρα- θώνας 1.8 Κιούρκα 4.2 2.3 Μόρνος 18.0 18.0 2.1 Κατανάλωση Μάνδρα 3.5 10.0 10.5 8.1 Μενίδι 0.8 Κατανάλωση 2.9 Κατανάλωση 1.2 5.8 1.2 Γαλάτσι 4.0 Μαραθώνας 10.0 Κατανάλωση Κατανάλωση Ταμιευτήρας Μαραθώνα Δ. Περισσού Κατανάλωση Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 13 Δεδομένα που αποθηκεύονται στη βάση Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 14
Δεδομένα που αποθηκεύονται στη βάση (2) Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 15 Δεδομένα που αποθηκεύονται στη βάση (3) Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 16
Δεδομένα που αποθηκεύονται στη βάση (4) Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 17 Παραγωγή υδρολογικών σεναρίων για προσομοίωση Απορροή, mm 800 600 400 Μέσος 6 ετών Μόρνος Κανονικός μέσος 200 0 1987-88 1988-89 1989-90 1990-91 1991-92 1992-93 1. Στοχαστικό μοντέλο πολλαπλών θέσεων (πολλών μεταβλητών) 2. Λειτουργία σε προσομοίωση ή πρόγνωση 3. Χρονικές κλίμακες ετήσια και μηνιαία 4. Διατήρηση ουσιωδών στατιστικών χαρακτηριστικών των μεταβλητών 5. Διατήρηση των συσχετίσεων στο χρόνο και το χώρο 6. Αναπαραγωγή της μακροπρόθεσμης εμμονής (φαινόμενο Ιωσήφ) Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 18
Κασταλία: Στοχαστική προσομοίωση & πρόγνωση εισροών ταμιευτήρων 300 250 200 150 100 50 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 19 Προβλήματα βελτιστοποίησης και αντιμετώπισή τους 1. Βέλτιστη κατανομή απολήψεων ανά ταμιευτήρα Α. Παραμετροποίηση συστήματος ταμιευτήρων με χρήση παραμετρικών κανόνων λειτουργίας Β. Μαθηματική έκφραση στόχων και περιορισμών Κατασκευή δείκτη επίδοσης Γ. Αλγόριθμος για τον προσδιορισμό της αριθμητικής τιμής του δείκτη επίδοσης (συναρτήσει των παραμέτρων) με προσομοίωση Δ. Προσδιορισμός των βέλτιστων τιμών των παραμέτρων με μη γραμμική βελτιστοποίηση Απόθεμα-στόχος κάθε ταμιευτήρα (hm 3 ) 700 600 500 400 300 200 100 0 Ωφέλιμη χωρητικότητα Μόρνου = 640 Ωφέλιμη χωρητικότητα Υλίκης = 590 Ωφέλιμη χωρητικότητα Ευήνου = 106 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Συνολικό ωφέλιμο απόθεμα (hm 3 ) Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 20 Συνολική ωφέλιμη χωρητικότητα = 1336
Προβλήματα βελτιστοποίησης και αντιμετώπισή τους 2. Βέλτιστη μεταφορά νερού στα υδραγωγεία Α. Μετασχηματισμός πραγματικού υδροσυστήματος σε μαθηματικό αντικείμενο (διγράφος) 1 4 2 5 3 6 1a 3a 1b 1c 3c 2a 2b 2c 4 5 6 3b 7 8 7 8 Β. Μαθηματική έκφραση στόχων (οικονομικότητα) και περιορισμών (παροχετευτικότητα, ελάχιστη ροή, επιθυμητά αποθέματα, κ.ά.) Γ. Επίλυση προβλήματος σε κάθε βήμα προσομοίωσης με δικτυακό γραμμικό προγραμματισμό Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 21 Υδρονομέας Έλεγχος υδροσυστήματος Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 22
Υδρονομέας: Προσομοίωση - βελτιστοποίηση Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 23 Υδρονομέας Αποτελέσματα 1 Βέλτιστος κανόνας λειτουργίας υδροσυστήματος Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 24
Υδρονομέας Αποτελέσματα 2 Πιθανότητες αστοχίας για τη βέλτιστη λύση Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 25 Υδρονομέας Αποτελέσματα 4 Χρονική εξέλιξη συχνότητας αστοχίας Αριθμός αστοχιών σε σύνολο 200 σεναρίων Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 26
Υδρονομέας Αποτελέσματα 5 Στοχαστική πρόγνωση εξέλιξης αποθεμάτων Νεκρός όγκος Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 27 Υδρονομέας Αποτελέσματα 6 Στοχαστική πρόγνωση παροχής υδραγωγείων Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 28
Υδρονομέας Αποτελέσματα 7 Δημιουργία αναλυτικών εκθέσεων σεναρίων Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 29 Συμπεράσματα Τα συστήματα υποστήριξης αποφάσεων (ΣΥΑ) δεν υπονοούν αυτοματοποίηση των αποφάσεων, αλλά απλώς υποστήριξη στη λήψη τους. Τα ιδιαίτερα πολύπλοκα και απαιτητικά προβλήματα τεχνολογίας και διαχείρισης υδατικών πόρων αποτελούν ένα από τα προνομιακά πεδία εφαρμογής των ΣΥΑ. Το ΣΥΑ που αναπτύσσεται για το υδροδοτικό σύστημα της Αθήνας χαρακτηρίζεται από! ανάπτυξη πρωτότυπων μεθοδολογιών,! χρήση προηγμένων τεχνολογιών,! ολοκληρωμένη προσέγγιση. Το ΣΥΑ έχει δώσει ήδη πρώτα θετικά αποτελέσματα συμβάλλοντας στη βελτίωση της διαχείρισης του υδροδοτικού συστήματος με έμφαση στο τρίπτυχο αξιοποίηση υδατικών πόρων αξιοπιστία οικονομικότητα Δ. Κουτσογιάννης, Συστήματα υποστήριξης αποφάσεων στη διαχείριση υδατικών πόρων 30